浮力

教学目标：

1. 知道在水中的物体，不论沉浮，都受到水的浮力。

2. 通过实验探究物体下沉、上浮时的二力关系，知道浮力大小与排开水的体积有关。

3. 能够运用所学的知识解释潜水艇的下潜与上浮的科学道理。

教学重点：

感知浮力并初步探索影响物体沉浮状态的因素。

教学难点：

通过实验探究物体下沉、上浮时的二力关系，知道浮力大小与排开水的体积有关。

教学过程：

一、 揭示概念，感知浮力。

1. 引出浮力概念

同学们，在我们每一组的桌上都放着一杯水和一些物体，你猜到我们要怎么做了吗？

这些物体浸入水中后会有怎样的沉浮状态呢？学生一一猜想。

每组进行实验验证。

为什么这些物体浸入水中后会呈现这样不同的两种状态呢？是谁在影响它们？水中又有怎样神奇的力量呢？

今天我们要来研究水中藏着的力量——浮力。有同学知道浮力是一种怎样的力吗？

能让物体浮起来的就是浮力？你能看见吗？感受过吗？

接下来请组长跟着我一起，用手把浮着的乒乓球慢慢向下压，全部浸入水中后再向下一些距离，全程手不要离开球，然后停止用力，体会手的感觉。

谁来说一说，你在实验过程中，手的感觉是什么？

像这种在水中会受到一股向上托举的力，这种力就叫作水的浮力。

通过将浮的物体往下压，我们感受到了浮力，那浮力的方向具体是指向哪里的呢？是竖直向上还是怎样的呢？

看，老师这里有一个装置，我将塑料球和钩码相连，放在水里，你发现了什么？

原来塑料球是浮在水面上的，现在为什么会在水面下了呢？但是小球仍然受到水的浮力想往上跑，所以我们只要通过观察绳子的指向就知道浮力方向了。

现在浮力是竖直方向，把水槽倾斜呢？不论怎样，浮力的方向总是竖直向上。所以我们重新来定义一下浮力：在水中受到一股竖直向上托举的力，这种力就叫浮力。

【设计意图】通过将生活中常见的物体放入水中，观察物体的沉浮状态来引入本节课的学习，能够将生活与专业的力的知识紧密联系起来。在对物体沉浮状态的猜想时，大部分同学有的是自己有生活经验，但并没有考虑过其中的原因，对于原因，主要还是比较重、轻一类，其实就是质量和重力。对于乒乓球，它们认为空心，空心与不空心的区别其实还是质量和体积的改变，但对学生来说还没有提高到这一层的认识。

2. 下沉物体是否有浮力

浮在水面的物体我们用手按压就感受到了浮力，沉在水底的物体它们有受到浮力吗？如何才能验证？

我们需要用到测量力的工具——弹簧测力计，复习测力计各个部分和使用部分。演示将石块勾在挂钩上，弹簧被拉长，指针发生了变化，记录力的大小。

将石块放入水中，如果没有受到浮力，测力计的指针是否会发生变化？如果发生了变化，说明了什么？

实验操作：

①测出石块在空气中受到的拉力，并记录；

②将石块缓慢放入水中，待整个石块都浸入水中后继续向下，不碰触水槽四壁和底部，观察示数变化。；

③记录指针的最大变化位置和大小。

④缓慢提出石块，观察示数变化，放回桌面。

提醒：

①注意正确使用测力计。测力计使用前先调零。

②石块不碰触水槽壁和底部，棉线始终保持拉紧状态。

③读数时视线要和指针在同一高度。

学生小组实验，收集学生的记录，展演。

你发现了什么？

每一组都有前后两条标记线，说明力的大小改变了，浸入水中后力都变小了。为什么会变小？浮力的大小是多少呢？如何计算？

每组轮流计算各自石块所受的最大浮力。

总结：通过实验，我们首先发现了下沉的石块浸入水中后也受到了浮力，也就是说在水中的物体无论是沉还是浮，都受到了浮力。可以用空气中的拉力－水中的拉力得到浮力的具体大小。

二、 研究重力与浮力之间的关系对物体沉浮的影响

（一）浮力大小与体积的关系及下沉物体与浮力的关系

在测石块浸入水中是否受到浮力实验时，你除了观察到指针示数发生了变化，还是否有其他发现？

是否石块接触到水后直接就到了最小的位置？（是慢慢变小的）

你们觉得又是随着什么的变化而慢慢变小的呢？

石块浸入水中的深度，我们也可以称为是石块浸入水中的体积。教师再次演示，观察随着浸入水中的体积不断增大，水中受到的拉力不断减小，同时水面上升，甚至有溢出，这就是石块浸入后把水排开后导致的。

石块在水中所受到的拉力越来越小，指针位置与初始位置之间的距离越来越大，这中间少掉的力就是浮力的大小，所以在测力计上能是否直接读出浮力的大小吗？还需要计算，用空气中的拉力－水中的拉力。请同学们算一算你们组石块在水中受到的浮力大小。

是否石块在水中所受到的拉力会随着深度一直不断变小？什么时候不变？

教师演示。

通过以上两个新发现，可以得到怎样的结论呢？

石块所收到的浮力和它排开水的体积有关，排开水的体积越大，浮力越来越大。石块整个浸入水中后，不管在哪个位置，浮力都一样大。

石块浸入水中后虽然也受到了浮力，但还是下沉了，观察你们组所测得的力的数据，有什么发现？

屏幕显示每组学生的数据，发现每一组的重力都比浮力大，板书：重力＞浮力，下沉。

通过石块我们发现了以上规律，在其他下沉物体上是否也有同样的规律呢？每个小组用同样的方法测出所给小球的重力，一半浸入水中的拉力，全部浸入水中的拉力，继续下沉一段时的拉力，并分别计算出三次的浮力。

展示学生的数据。

交流发现：下沉的小球也是随着浸入水中的体积的增大而浮力逐渐变大。当浸入水中的体积不变时，浮力也不再发生变化。且重力一直大于浮力，小球都是下沉。

虽然小球都是下沉，但重力大小的不同是否会产生影响呢？重力最大和最小的两个球同时在同高度将小球放入水中，比较下沉的速度。

通过刚才的实验，你发现了什么？

重力越大，下沉速度越快。

再观察学生的具体数据，发现了什么？（每组小球的重力虽然各不相同，但所测得的浮力不管是在一半浸入水中还是全部浸入水中都是相同的）

为什么每个组小球的浮力都是一样的？（使用的是体积相同的小球）所以只要物体浸入水中的体积相同，那它所受到的浮力也是相同的。

（二）物体上浮时，重力和浮力之间的关系

这个小球，当它完全浸入水中后，浮力都是xxN，如果它只有一部分在水中，它受到的浮力会发生什么变化？

出示一个同体积的小球，将它完全浸入水中，放手后，发现小球上浮，请你思考，为什么会发生这样的现象？

请一个学生测量小球的重力，和小球完全浸入水中的浮力相比，发现浮力大于重力。

得到结论：重力＜浮力，物体上浮。

总结：物体在水中所受浮力的大小和它浸入水中的体积有关，而它在水中的下沉和上浮是物体的重力与浮力之间的差异所产生的。

（三）物体悬浮或漂浮时，重力与浮力之间的关系

三、科学拓展阅读

潜水艇下沉与上浮的应用原理。

曹冲称象的故事。

【设计意图】通过这个实验我们需要验证的是，沉入水中的物体是否具有浮力。在这里，我们就需要借助专业的测力计来辅助我们。科学的学习不仅仅停留在观察，还需要一定的数据来得到真实、准确的结果。在这个实验的基础上，我们就可以得出，所有进入水中的物体，不管是沉还是浮，都会受到浮力。这里我还添加了重力与浮力之间的大小关系比较，为后面的实验2中，质量相同、体积不同的小球都浮、但有的整个进入水中，有的漂浮是因为它们排开水的体积相同作铺垫。

老师这里也有一个红色小球，可是当我把它放入水中，却没有沉，谁能告诉我，这是为什么呢？（我的红色小球质量小）

这里还有一个与它质量相等的黄色中球，把它放入水中，会怎么样呢？（两个小球都会浮）

我准备了2个小烧杯，装满了水，现在将红色小球和黄色小球都放入水中，你看到了什么？（水被溢出来了）

为什么会有水溢出来？（小球在水中的部分也要占据了空间，需要排开一定的水）

是的，同学们，这两个小球的质量是相等，那他们的重力也是相等的，又都是浮，所以我们就知道，他们的浮力也相等。下面请你仔细观察，当我把这两个小球再取出，你发现了什么？（水面下降的高度是相同的）

是的，当浮力相同时，我们也可以说，物体排开的水也是相同的。

同学们，学得都不错，老师奖励大家一个故事，播放：曹冲称象。你知道其中的道理吗？（让石头和大象在水中排开相同体积的水，那他们所受的浮力也相同，重力也相同，质量也就相等了）

【设计意图】让学生理解浮力与物体排开水的体积之间的关系，是一大难点。首先在课开始的时候我先做了铺垫，然后利用装满有色水的烧杯，先把质量相同、不同体积的小球放入后，再拿出观察到水面下降的高度是相同的，也就是排开水的体积是相同。通过排开水的体积去迁移到“曹冲称象”这个故事所体现的科学知识。

三、 小结与拓展提升

今天你学到了什么？有什么收获？

利用今天所学，想办法让一张A4纸在水中承载更多的物体。